电致变色聚合物的好辅助：等离子体

材料牛注：电致变色聚合物是一种在外加偏电压感应下光吸收或光散射特性发生变化，并且这种变化在外加电场移去后仍能完整地保留的聚合物。电致变色聚合物的缺陷主要是难以适应视频中的色彩的快速度改变。目前，为了使这种聚合物达到良好的明暗像素的对比度，必须增强其相关的厚度。但是这样做在增强明暗对比度的同时也会降低聚合物中离子和电子的移动速度，进一步影响运动时间。而正是这点限制了聚合物在显示器和视频窗口的应用。

不久前，美国桑迪亚国家实验室的科学家们针对这一缺陷进行了改良。他们设计了一种方案来使得变色较慢的电致变色聚合物可以快速的改变颜色以适应平板电脑显示器的需要。他们将电致变色聚合物限制在纳米的级别并且利用光子撞击金属表面的时产生的电子波（等离子体）来解决这个问题。

桑迪亚实验室的科学家们首先切割铝片表面的纳米缝隙，并且根据影响垂直光线入射的因素来进行设计。之后根据设计要求在薄铝片入射光线的两侧涂上电致变色聚合物。这样当光照到铝片的缝隙间时，光子会激发电子运动以形成表面等离子体激元。

由于每个缝隙中的原子阵列（或结构）是不同的而且具有一定的距离，而这种距离对应着不同波长的光，因此每个缝隙之间会产生不同颜色的光：红色、绿色或者蓝色。而对应红色、绿色或者蓝色的光波会在缝隙间的阵列进行传播，传播方向则是沿着聚合物和铝片之间的界面。

桑迪亚实验室项目的负责人 Alec Talin表示：“我们大部分的像素点是由10x10纳米的缝隙阵列组成的，这些像素点是从沉积在玻璃基板上的氮化硅层铝片切割下来的。每个像素的的面积是10-6cm2，这意味着我们可以在一平方英寸的面积上放置600万的像素点。同时我们也会放置一些像100x100微米的较大的像素点。此外，像素点并不是独立的放置在基板上的， 可以在商业展示中进行应用。目前，这种技术同样可以用于液晶显示屏”。

由于电致变色聚合物非常薄，这种聚合物会在极短时间内转变为充电状态，从而更好的吸收色光。在此期间，由于缝隙的深度比聚合物的厚度宽很多，光会沿着铝片表面的缝隙进行一个较长的距离的传播。这样的结构设计会在明暗的像素间形成良好的对比度，同时也会促进聚合物电荷状态的改变。Talin表示：“作为一个表面等离子体激元，光聚集于铝和聚合物的界面，并沿着0.5微米左右的缝隙进行传播。其中电致变色层的厚度只有15纳米左右，透过这个厚度可以“看到”电子或者离子的运动，此外还限制了电子和离子的运动速度从而控制电致变色显色的速度”。

尽管解决了大部分问题，但是在平板电脑使用电致变色聚合物之前，还有一些重要的工程问题需要解决。首先，Talin 指出聚合物电解质的替代品需要对液态电解质进一步研究。“例如，在锂聚合物电池中液态电解质就可以很好的替代其中的聚合物”。其次这项技术需要考虑使用环境，不仅适用于室内背光的环境下进行传输，而且需要在户外反射模式下进行传输。“这项技术完全能满足使用者的需求，因此我认为这项技术和目前通用的技术相比有很强的竞争力。”Talin 补充道。最后一步则需要将阵列上独立的像素点整合，并最终展示出完整的视频。

在接下来的研究中，Talin 和他的同事们正在考虑使用固态的有机或者无机的电致变色材料和电解质，进一步提高产品性能并降低操作难度。目前，这项研究成果已经发表在了期刊Nature Communications上。

原文参考链接：Plasmonics Make Electrochromic Polymers Fast Enough for Video

感谢材料人编辑部糯米提供素材